Палеонтологія — наука про давню історію життя
Палеонтологія — це наука, що вивчає викопні організми, які населяли нашу планету в минулому. Основним завданням палеонтології є реконструкція зовнішності, а також особливостей поведінки, фізіології та екології вимерлих організмів.
Історія Землі налічує приблизно 4,54 млрд років. Саме тоді в результаті спресовування космічного пилу, що оточував Сонце, сформувалася планета Земля. Вважають, що перші живі організми з’явилися на молодій Землі близько 3,8 млрд років тому в епоху, що має назву архейський еон. Протягом мільярдів років життя було представлено одноклітинними без’ядерними організмами. А перші достовірні знахідки останків багатоклітинних організмів датуються приблизно 1,2 млрд років тому та належать періоду вже наступного еону — протерозою1.
Приблизно 540 млн років тому розпочалася нова епоха розвитку життя на Землі — фанерозойський еон, або епоха «явного» життя. Фанерозой прийнято поділяти на три ери: палеозойську, мезозойську та кайнозойську. У палеозойську еру виникають і розвиваються хребетні тварин, з’являються перші наземні рослини, слідом за ними на суходіл «виходять» комахи та амфібії. Кінець палеозою ознаменувався появою голонасінних рослин і рептилій, а також наймасовішим вимиранням живих організмів за всю історію Землі. У мезозої спостерігається розквіт рептилій, поява величезного різноманіття динозаврів, птерозаврів, іхтіозаврів, плезіозаврів та інших2. З’являються квіткові рослини, птахи та ссавці. Наступна ера — кайнозойська — позначилася розквітом ссавців і птахів. Варто пам’ятати, що кайнозойська ера триває і ми в ній живемо. Зміну епох і періодів можна представити у вигляді геохронологічної шкали (табл. 44.1).
Таблиця 44.1. Гзохронологічна шкала та основні етапи розвитку життя на Землі
|
Еон |
Ера |
Часові межі (років тому) |
Основні події |
|
Кайнозой |
66 млн — наш час |
Розвиток ссавців і птахів, виникнення людей |
|
|
Фанерозой |
Мезозой |
252-66 млн |
Поява птахів, ссавців і квіткових рослин |
|
Палеозой |
540-252 млн |
Поява та розвиток сучасних груп тварин і рослин, вихід життя на суходіл |
|
|
Протерозой |
2,5 млрд — 540 млн |
Поява перших багатоклітинних водоростей і тварин |
|
|
Архей |
4-2,5 млрд |
Поява перших живих організмів, кисневого фотосинтезу та еукаріотів |
|
Палеонтологічні докази еволюції представлені викопними рештками
Одним із найкращих палеонтологічних доказів еволюції слугує наявність так званих перехідних форм — організмів, що поєднують у собі особливості будови, характерні кільком систематичним групам. Таке поєднання ознак обов’язково виникає в процесі поступового переходу від одного плану будови до іншого. Зазвичай, перехідні форми несуть у собі примітивніші особливості будови, ніж їхні нащадки, але й прогресивніші особливості, ніж їхні предки. Чарльз Дарвін припускав наявність подібних організмів, однак на момент створення теорії природного добору перехідні форми ще не були відомі. Але вже 1863 року в Баварії було знайдено скелет археоптерикса — дрібної рептилії, що жила в юрський період (рис. 44.1). Археоптерикс поєднував у собі ознаки, властиві плазунам (зуби, типову для рептилій будову ребер і таза), але водночас мав низку ознак, характерних для птахів (пір’я, крила). Виникло припущення, що археоптерикс є перехідною ланкою від рептилій до птахів, і стало зрозуміло, що птахи пішли від якихось прогресивних рептилій, споріднених з археоптериксом1.
Наразі відомо багато перехідних форм. При цьому подеколи перехідні форми вдається вишикувати у філогенетичні ряди — послідовності видів, що змінювали один одного в ході еволюції тієї чи тієї групи живих істот. У вигляді такого ряду можуть бути представлені еволюція коней, слонів, китів та інших груп. Так, уважають, що китоподібні пішли від дрібних наземних парнокопитних, які перейшли спочатку до напівводного, а потім і до повністю водного способу життя. У процесі цього переходу передні кінцівки перетворилися на ласти, задні — зменшилися, зуби стали однаковими, копита та шерсть зникли (рис. 44.2).
Між ембріонами різних груп організмів є подібності
Вивчаючи розвиток зародків різних тварин, виявили, що між ембріонами та дорослими особинами різних груп організмів є подібності. Так, у ході розвитку зародка людини на 4-6-му тижнях вагітності в ембріона в ділянці голови формуються 5 пар зябрових дуг із м’якої зародкової тканини (рис. 44.3). У подальшому розвитку зародка ці дуги формують елементи нижньої частини голови та шиї. Як вам відомо, зяброві дуги характерні для риб, у яких вони є основою зябер. Крім того, їх мають пуголовки земноводних. Дивним відкриттям стала наявність зябер в ембріонах рептилій і птахів,
як і всіх ссавців. Ще одним подібним прикладом є наявність хвоста: зародок людини та безхвостих приматів на певних етапах розвитку має хвіст, який потім зникає. Багато інших прикладів дають змогу стверджувати, що це не випадковості, а правило. Подібні відкриття підтверджують послідовну еволюцію живих істот: з ускладненням будови дорослого організму риси подібності з предковими формами «ховалися» все глибше та глибше в ембріональному розвитку. Проте можна стверджувати, що всі наземні хребетні тварини пішли від водних предків із зябрами, безхвості примати — від хвостатих предків, а в ембріонів китоподібних є всі чотири кінцівки предкових парнокопитних.
У різних груп організмів у будові тіла є однакові ознаки
Жорж Кюв’є в XVIII — на початку XIX століття почав порівнювати будову організмів різних груп. І картина виявилася багато в чому подібною до ембріологічної: у різних груп організмів у будові тіла були помітні однакові ознаки. Скелети п’ятипалих кінцівок різних чотириногих хребетних подібні між собою за набором кісток і їхнім відносним розташуванням (рис. 44.4). Подібність, звісно, не повна: наприклад, у коня в кінцівках залишився один довгий палець, а решта чотири зменшилися чи зникли; у китів на передніх кінцівках з’явилися додаткові фаланги, а від задніх кінцівок залишилося кілька кісточок. Ці зміни пов’язані зі способом життя: коням треба швидко бігати твердою рівною поверхнею, а китам — швидко плавати. Таке розходження ознак, успадкованих від спільного предка, називають дивергенцією. Однак загальний план будови органів і частин тіла залишився тим самим, що свідчить про спільність походження цих груп організмів.
Крім того, у багатьох організмів залишилися спрощені елементи органів, властивих їхнім еволюційним предкам. Пальці коня, скелет таза та задніх кінцівок кита — яскраві приклади таких рудиментарних органів. У людини між тонким і товстим кишківником є сліпа кишка та її виріст — апендикс, які в інших ссавців добре розвинені та заселені бактеріями, що беруть участь у травленні рослинної їжі.
Жорж Кюв’є
Народився 1769 року у французькому місті Монбельяр. Освіту здобув у Штутгартському університеті. Жорж Кюв’є заклав основи та став творцем двох біологічних наук — порівняльної анатомії та палеонтології. За допомогою своїх порівняльно-анатомічних досліджень установлював розміри й зовнішній вигляд багатьох тварин за викопними рештками. За життя Кюв’є описав близько 150 видів викопних плазунів і ссавців. Увів термін «птеродактиль» для позначення групи вимерлих крилатих плазунів. Був противником ідеї еволюції, стверджував, що види є незмінними й виникали кілька разів після великих катастроф. Ці помилкові погляди вченого не заважали йому робити прогресивні висновки й відкриття. Дослідник називав себе звичайним натуралістом, хоча насправді він був дійсним членом Французької академії наук, кавалером ордена Почесного легіону, обіймав високі державні посади. Помер Жорж Кюв’є на 63-му році життя в Парижі. Його ім’я занесено до списку найвидатніших учених Франції, що розміщений на першому поверсі Ейфелевої вежі.
Із переходом предків людини на тваринну їжу потреба в бактеріях майже відпала. Тому розмір апендикса значно зменшився, хоча цей орган і бере участь у роботі імунної системи в перші роки життя дитини1. Подібна ситуація й із мигальною перетинкою в оці людини — рудиментом третьої повіки, і з куприковими хребцями — рудиментом хвостового відділу хребта.
Еволюція організмів пов’язана з еволюцією їхніх геномів
Процес еволюції живих організмів безпосередньо пов’язаний з еволюцією їхніх геномів. ДНК піддається різноманітним мутаціям, у результаті чого безперервно змінюється. Безумовно, 50 млн років тому спільний предок китоподібних і парнокопитних мав ген міоглобіну — білка м’язів, що нагадує гемоглобін і бере участь у зв’язуванні кисню в м’язах. Із часом цей звір дав початок двом лініям, які незалежно розвивалися протягом 50 млн років. Увесь цей час гени міоглобіну в парнокопитних та в китоподібних накопичували мутації незалежно. У результаті тепер кашалот і корова мають різні послідовності гена міоглобіну. Проте в цих послідовностях усе ще багато спільного, щоб можна було припустити, що обидва ці гени виникли від спільного предка.
Ми можемо виявити, що структура гена міоглобіну схожа на структуру гена іншого кисень-зв’язувального білка — гемоглобіну. Справді, ці гени мають спільне походження й беруть початок від гена глобіну, що був у наших далеких предків на світанку еволюції багатоклітинних тварин. У результаті дуплікації цей ген подвоївся, а його копії почали незалежну еволюцію: одна з них привела до виникнення міоглобіну, друга — гемоглобіну (рис. 44.5).
Однак якщо поглянути за межі царства тварин, то там є докази ще більш давньої еволюційної події в історії глобінів. Виявляється, у бобових рослин наявний леггемоглобін — кисень-зв’язувальний білок, що є в кореневих бульбочках і забарвлює їх у червоний колір. Леггемоглобін потрібний для того, щоб захищати бульбочкові бактерії від кисню, оскільки останній заважає процесу азотфіксації (докладно про цей процес ідеться в § 52). Отже, леггемоглобін також має спільне походження з міоглобіном і гемоглобіном.
Поміркуймо
Знайдіть одну правильну відповідь
1. Перші організми, що з’явилися на Землі, були схожі на
А людей Б рептилій В молюсків Г амеб Д бактерій
2. Наявність зябрових дуг в ембріональному розвитку характерне для таких
організмів, як
А людина та краб Б голуб та окунь В черепаха та восьминіг Г дощовий черв’як і крокодил Д щур і хрущ
3. Різна будова кисті в ссавців є результатом
А появи перехідних форм Б виникнення рудиментарного органу В дивергенції Г подібності в ембріональному розвитку
Д дуплікації гена кисті
4. Відповідно до аналізу генів субодиниць гемоглобіну найновітнішого спіль
ного предка мають
А акула і соя Б акула і курка В курка і корова
Г корова і людина Д людина і мавпа
Сформулюйте відповідь кількома реченнями
5. Схарактеризуйте, як змінювалася складність організмів у ході історичного розвитку життя на Землі.
6. Які палеонтологічні, ембріологічні та морфологічні докази того, що китопо
дібні пішли від парнокопитних?
7. Чому при ембріональному розвитку людини в зародка не з’являються кри
ла, як у комах, чи панцир, як у молюсків?
8. У людей крайні зуби в ряду називають зубами мудрості. Вони є рудиментарним органом. Поясніть, що в процесі еволюції людини призвело до втрати потреби в цих зубах?
9. Як на підставі будови генів можна визначити еволюційну спорідненість видів? Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи
10. Часто стверджують, що більшість вимерлих видів залишаються невідомими для палеонтології. Чому палеонтологія така «неефективна» наука? Які умови мають бути дотримані, щоб рештки істоти збереглися протягом тисячоліть?
11. Деякі організми в постембріональному розвитку повторюють риси ембріо
нального чи личинкового розвитку видів-предків. Які риси будови організму людини, можливо, виникли цим шляхом? Яке значення для еволюції має таке «повторення»?
12. Доведи, що наявність унікальної фауни в Австралії та на сусідніх островах
є свідченням еволюції.
Дізнайся самостійно та розкажи іншим
13. Птахи та комахи мають крила абсолютно різної будови. Як наявність таких різних за будовою органів і частин тіла слугує доказом еволюції?
14. Чи можна спостерігати еволюцію в експериментальних умовах? Наведи приклади таких експериментів.
Це матеріал з підручника Біологія 9 клас Шаламов